算网融合应用场景下5G室分部署策略

郑伯锋

（中国铁塔股份有限公司湖南省分公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

随着工业4.0 时代的到来，数字化转型已成为各行业发展的必然趋势。当前，我国处于5G 算网融合应用蓬勃发展的新时代，主要涉及工业制造、医疗、教育、交通等多个行业领域，其中80%的应用与5G 室内覆盖直接相关。5G 网络作为融合业务重要的接入方式，如何灵活部署造价适当、网络性能满足业务发展需求的高品质室内5G 网络，是运营商及行业客户面临的重要课题。

1 算网融合架构及应用场景分析

算网融合是以支撑经济社会数字转型、智能升级、融合创新为导向，以满足5G、云计算、人工智能等应用需求为牵引，通过云、网、边、端、业的高效协同提供算网一体化的新型算力基础设施及服务。

算网融合架构（详见图1）包含算网设施、算网平台、算网应用以及算网安全四个部分。算网融合应用主要面向智联社会、智慧生活以及智能制造，满足政府、教育、医疗、交通、制造、能源、家居以及零售等行业在数字化转型升级过程中，对信息基础设施在计算能力和网络连接方面的要求。算网应用感知垂直行业算力服务需求，建立具有行业共性的算力服务模型，提供一体化新型算网服务融合，包括连接即服务（NaaS）、算力即服务（CaaS）、安全及服务（SECaaS）。

图1 算网融合参考架构

对行业客户而言，算网设施中的泛在接入方式与接入网络性能水平是需要重点关注的内容。目前，泛在接入有5G 和F5G 两种方式，它们都具有数据速率高、连接密度大和传输延迟低的典型特征，两种接入方式的技术方案对比情况详见表1。

由表1 可知，5G 较F5G 技术方案具有灵活性高、移动性强、成本低、施工难度小等优势，下文将重点针对室内5G网络的部署策略进行详细论述。未来通过5G 和F5G 接入方式的协同，可以全面满足个人、家庭、行业数字化高品质需求。

2 算网融合业务下5G室分网络定制化思路

5G 带着赋能千行百业数字化转型的使命而来，5G 定制网的出现是为了满足不同客户和场景对通信网络的差异化服务能力要求，其主要基于运营商网络频谱资源，利用5G 网络上行超大带宽、双向低时延、端到端切片、SLA 可承诺等技术优势，为企业客户打造“专建专维·专用专享”的专有网络。为了更好满足新应用对网络时延、带宽和安全性等方面要求，当前国内运营商推出了三种主流5G 定制网解决方案，供客户灵活选取。

2.1 5G室分物理专网

该种方案5G 网络需要企业单独建设，专网网元包含gNB、MEC、UPF、5GC CP、UDM 等，实现与运营商5G 公网完全隔离。专用网络设备产生的数据流量、重要信息，仅在企业内部存储和管理，能提供完整的数据安全性；设备和应用程序服务器之间的网络延迟在几毫秒内，网络时延最低。其网络架构图详见图2：

图2 5G物理专网网络架构参考示意图

5G 独立专网产品特点：网络专属程度高、安全性能最好。适用于局域封闭区域，包括矿井、油田、高精制造、监狱、军队等，例如矿井、油田区域的无人调度、远程作业、系统控制与通信；高精制造厂区的智能制造、监控场景；监狱、军队所属区域的专属通信。

2.2 5G室分混合专网

该方案5G 网络的UDM、5GC CP、UPF、MEC 等网元需私有化部署，5G 基站则共享运营商公网资源，无线数据流在5G 基站上进行分流，属于专网的数据将传输到专业UPF，实现数据不出园区，满足客户安全生产、低时延及业务隔离的诉求。其网络架构图详见图3：

图3 5G混合专网网络架构参考示意图

5G 混合专网产品能实现覆盖、速率、容量、上下行配比的灵活配置，具有数据不出园区、超低时延、灵活自服务等优势，适用于局域开放园区，包括交通物流/港口码头、高端景区、城市安防、工业制造等。

2.3 5G室分虚拟专网

企业不用进行任何建设，主要利用运营商5G 公众网络资源，从UDM、5GC CP、UPF、MEC 到5G 基站，采用端到端切片技术（无线资源切片、核心网切片），组成一个逻辑上独立的网络。企业需要与运营商签订专属切片协议，共享运营商无线、承载网、核心网等网元，建设成本低，无需采购专属设备，建设周期短。其网络架构图详见图4：

图4 5G虚拟专网网络架构参考示意图

5G 虚拟专网产品通过灵活切片配置，提供不同等级的带宽、时延保障等网络能力及服务，具有建设周期短、成本低等特点，适用于城市园区景区的监控、直播；智能交通中的自动驾驶与车路协同；体育场馆演出场馆的专属通信服务。

2.4 三种部署方案对比分析

综上所述，三种5G 室内专网部署方案的建设方式、网络性能、建设与维护成本存在较大差异，详见表2。企业需要根据算网融合应用特点，如对接入网络流量带宽要求、时延要求及数据可靠传输、业务安全隔离等，灵活选择与之相匹配的5G 定制专网，满足在组织、指挥、管理、生产、调度等环节的通信服务需求。

表2 三种5G室内专网部署方案优缺点分析

3 算网融合业务下5G室分网络主流部署方式

随着数字化转型的深入，业务上云呈现多样性爆发式增长。未来面向算网融合业务，5G 室分将与边缘计算、算力网络实现深度融合，共同打造无线算力网络，实现业务质量保障、算力与通信的最优匹配。5G 室内无线网络覆盖方式的选取主要考虑建筑物结构及其传播特性、服务指标要求、工程造价、系统维护的便利性、系统的安全性和稳定性、系统的可持续发展性。当前，5G 室内网络覆盖技术从无源正在向有源方向发展，其建设方案较为成熟，业界常用的两种部署方式如下。

3.1 5G DAS无源室分

从2G 时代开始，DAS 室分（详见图5）就是室内覆盖建设的主流方案。DAS 室分具有产业链成熟、性能稳定、价格适中的特点。但DAS 室分无源器件与天线节点众多，系统分布相对复杂，自身无法监控，存在故障发现难、排障成本高的缺点。面对算网融合应用的需求，一般建议部署2 路天馈，实现2×2 MIMO，提供相对较高的上行数据传输能力。该种方案后期无法向高频演进，无源系统无法支持毫米波段。

图5 无源室内分布系统示意图

3.2 5G数字化室分

该种覆盖方式采用三级架构（详见图6），由基带单元（BBU）、汇聚单元（PB）和远端射频单元（pRRU）组成，是中高价值室分场景5G 入室的最佳部署方案，具备容量高、部署快、全链路可监控等特点，但建设成本高。5G 的pRRU 与PB 之间支持光电复合缆，拉远距离可达300 m，能很好解决室内设备部署难题。

图6 5G数字化室分系统示意图

5G 数字化室分是算网融合场景下主流建设方案，其具备大带宽、低时延、大连接等网络性能。结合项目局点统计与理论分析，典型场景下数字化室分选型与覆盖规划建议如表3 所示：

表3 5G数字化室分系统选型与覆盖规划建议

3.3 5G室分不同部署方式优缺点分析

为了更好地让企业客户了解5G 室分不同部署方式之间的差异，通过对湖南某城市5G 室分项目的建设案例分析，得出了其上下行速率、RRC 连接数、单位造价、单位能耗等的重要数据（详见表4），有利于帮助运营商及企业客户精准选取最佳的部署方式。

表4 5G室分不同建设方案性能与造价对比详表

由表4 可知：5G 数字化室分优势凸显，但单位造价、单位能耗最高，建议对带宽、时延要求较高的融合应用选择此种建设方案，如工业视觉、智慧安防等；5G 无源室分其数据瞬时传输能力相对较差，建议对带宽、时延要求不高的融合应用选择此种建设方案，如智慧水务、智慧能源等。

3.4 应用案例：湖南怀化辰洲矿业5G专网项目

湖南辰州矿业股份有限公司是中国大型金、锑、钨矿生产基地。项目采用5G 室分物理专网技术方案，基于5G 网络特性，结合IT 基础设施（含业务平台、数据平台、边缘云等），构建一个多系统信息融合的矿区智能化综合架构（详见图7），逐步实现移动智能巡检、井下设备远程操控、井下胶轮车无人驾驶、高清视频回传与智能分析、人员与设备精准定位、集群通信、智能头盔等应用。

图7 怀化辰洲矿业5G+云+AI专网项目整体系统框架图

本项目井下新建5G 室分专网+MEC，ME 内部组网由UPF、MEC 服务器、管理/ 业务交换机、BBU 和pRRU 组成。以无线信号链路预算为依据，井下以防爆pRRU 作为主设备接外接天线进行覆盖，井下单点最大覆盖半径50 m 左右，5G 室分建设方案点位图详见图8。

图8 怀化辰洲矿业5G室分网络点位部署示意图

4 结束语

做好室内5G 网络建设是算网融合应用不断壮大发展的基石，本文系统阐明了5G 室分部署方案类别、定制专网种类以及不同部署方式优缺点，为客户选择与算网融合应用接入需求相匹配的最佳5G 室分建设方案指明思路，对推动5G 技术更好的服务算网融合应用有一定促进作用。